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第六章地下水的化学成分及其形成作用第一节概述地下水是天然溶液
第六章 地下水的化学成分及其形成作用
第一节 概述
??地下水是天然溶液。地下水在参与自然界水循环过程中,与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量交换、化学成分的交换(—水质状况)。
??水是良好的溶剂,地下水在空隙中运移时,可以溶解岩石中的组分,使地下水的化学成分丰富多彩。
??地下水的物理性质:温度、颜色、嗅、味、密度、导电性与放射性
??地下水的化学性质:气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等
??地下水的放射性、微生物成分等。
第二节 地下水的化学特征
一、地下水中常见的气体成分
??主要有氧()、氮()、二氧化碳()、硫化氢()、甲烷(),常见的气体成分与地下水所处环境,地下水的来源有关。
??(1)氧()、氮()
??来源:在大气成分中、含量很高,随降水一起入渗进入地下含水层中。反过来,如果地下水中富含与——也说明地下水是大气起源。由于活跃,在地下水运动中易发生氧化作用而消耗,因此,大气起源的地下水中,也可能独立存在。此外,氮还有生物起源与变质起源。
??指示意义:含量高指示氧化环境;封闭环境下,氧被耗尽只剩下,则为大气起源封闭环境。
????(2)硫化氢()、甲烷()
????来源:这两种气体,都是在封闭环境下生成的。如是在有机物与微生物参与的生物化学过程中形成,还原环境下地下水中的→,在成煤过程中,在还原作用下产生,使煤田水富含。同理,甲烷()是成油和油气藏形成过程的结果,油田水富含甲烷()。
??指示意义:富含和的地下水,指示封闭的还原环境。
??(3)二氧化碳()
??大气降水中的含量较低,地下水中主要来源:
??主要源于土壤层(入渗过程溶于水中):有机质残骸发酵产生、植物呼吸作用产生
??碳酸盐岩地层的脱碳酸作用
??深部高温下,变质作用生成
??人类活动,在使用化石燃料(煤、石油、天然气)时,大气中的增加
??作用:地下水中增加,水对碳酸盐岩的溶解、结晶岩风化溶解的能力愈强!
??(4)地下水中气体成分特征小结:
??气体成分——指示地下水所处的地球化学环境
??氧化环境
??还原环境
??气体成分增加水对盐类的溶解能力→促进水—岩的化学反应(即相互作用)
二、地下水中的主要离子成分
??(1)概述:地下水中组分很多,而分布广、含量多的主要有七种离子
??阴离子:,,
??阳离子:,,,
??离子成分含量与什么有关?
?? 各种元素的丰度(克拉克值)—即某元素在地壳化学成分中的重量百分比
?? 该元素组成的化合物在水中的溶解度
??在自然界,丰度较高的元素,如Si、Al、Fe,在水中含量很低;而某些丰度较低的,如Cl、S、C,在水中含量却很高。这说明元素组成的化合物的溶解度起主要作用。
??(2)主要离子的相对含量与地下水中的总含盐量(TDS)关系
??常见地下水的化学成分特征,与地下水的矿化度(或TDS)具有以下关系
??矿化度: 低 → 中 → 高
??阴离子:
??阳离子:
??我们可以得出主要离子构成的盐类溶解度的大小为:
??碳酸盐类 硫酸盐类 氯化物(氯盐)
??(3)主要离子成分的来源
??低矿化度水中的常见离子:
??,,常共同出现在低矿化度水中。来源沉积盐岩的溶解、岩浆岩、变质岩等的风化溶解,如风化溶解反应式:
????
????沉积盐岩的溶解反应式:
????
??高矿化度水中的常见离子:
??, ,常出现在高矿化度水中。来源沉积盐岩(钠盐、钾盐)的溶解,以及岩浆岩、变质岩的风化溶解,有时也有海水海风影响。变质岩的风化溶解反应式:
????
??中等矿化度水中的常见离子:
??,常出现在中等矿化度水中。其中,来源于沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发,气体氧化、以及人类活动燃烧煤产生大量,大气中过高时,会出现降“酸雨”现象(如一些工业城市上空)。
??(4)主要离子成分在地下含水系统(岩层)中的分布
??插图6-1,表示了水中主要阴离子沿流程的变化特点。
??请思考?相应的阳离子和矿化度(TDS),沿流程如何变化?
????
????插图6-1 主要阴离子沿流程变化特点(图中+号表示含量多少)
三、地下水中的其他成分
??次要离子:阳离子,如
??阴离子,如及等
微量组分:有Br、I、F、B、Sr等
??化合物构成的胶体:主要有,及等,有时可占到相当比例。
??有机质:经常以胶体方式存在于地下水中。有机质的存在,常使地下水酸度增加,并有利于还原作用。
地下水中还存在各种微生物:如,硫细菌、铁细菌、脱硫酸细菌等;
??在污染水中,还有各种致病细菌。
第三节 地下水的温度
??地下水的温度受其赋存与循环处所的地温控制。
??变温带:浅埋地下水显示微小的水温
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